公路隧道穿越煤矿采空区的安全控制措施研究

睢向国

(山西太长高速公路有限责任公司，山西晋中 030600)

0 引言

近年来，随着我国公路建设的快速发展，晋焦高速、太旧高速、太佳高速等公路都不同程度地遇到了煤矿采空区次生地质灾害问题，并对此问题进行了多次的试验研究。经过近几年的发展，我国采空区公路建设技术逐渐熟练，初步形成了系统的采空区治理理论与技术，但对于多层复杂煤矿采空区的处理问题尚处于摸索阶段。随着大批公路的开工建设，公路隧道穿越煤矿采空区也将随之增多，特别是多层复杂煤矿采空区，施工人员与机械设备都可能受到伤害。我国的采空区公路建设面临很大的安全隐患，如何进行施工现场的安全控制技术管理，保证施工质量，保障施工人员生命财产安全是施工管理者需要面对的一个问题。

1 煤矿采空区

煤矿采空区，指在煤矿作业过程中，将地下煤炭等开采完成后留下的空洞或空腔。在采煤作业面，根据煤层资源分布情况，一般会进行分层开采并形成一个个类似的空腔，形成大量的地下空洞，时间长了就会塌陷，造成地面沉降，在地表形成塌陷坑(见图1，图2)。目前对煤矿塌陷区进行综合治理是一个世界性的难题。在煤炭大省山西，2010年12月，依据有关部门统计，山西采煤形成的采空区达到2万 km2，相当于山西1/8的国土面积，仅2010年因矿山开发导致的地面塌陷就达20.6万亩。

图1 我国某矿区—采空区地陷

图2 我国某矿区—采空区坍塌

采空区不仅导致大量地表崩塌、滑坡、沉降、裂缝和塌陷，同时亦造成房屋、交通设施、水利设施大面积的破坏。在陕北采煤区，从2009年～2010年，神木县因采空区塌陷导致的地震有11次，每次地震间隔时间最长5个多月，最短不到1天。2011年12月7日，榆林市榆阳区常兴煤矿采空区发生塌陷，引发相邻金鸡滩镇区域发生大面积塌陷，引发2.8级地震。在山西因为煤矿采空区，该省多条公路路段出现程度不同的沉陷，对交通安全构成隐患。公路沉陷病害比较普遍，如208国道屯留公路段原是一级公路，煤矿采空区塌陷致使路段多处顺路下陷至今;太原分局太佳线下陷15段，沉陷41000多平方米;吕梁分局考石线、307线，沉陷面积达近50000 m2;阳泉分局阳石线沉陷8000 m2。

煤矿采空区问题作为交通工程建设中的不良地质问题已越来越突出。近年来，安全问题得到了中央各部门乃至地方各级政府的高度重视，而建筑领取的安全一直是国内外关注的焦点，公路隧道穿越煤矿采空区作为一个潜在安全隐患较多的地下工程，安全生产就成为了工程管理的重中之重。

2 公路隧道穿越煤矿采空区的安全隐患

安全不等于不发生事故，而是一种动态的控制过程，是指在生产活动中通过管理活动，将可能存在的导致不安全事件或事故发生的隐患降低到可接受的程度及以下。在公路隧道穿越煤矿采空区的施工现场中，容易发生安全隐患的情况主要包括三类:物的危险状态、人的不安全行为及管理上的缺陷。在穿越煤矿采空区的施工现场主要包括以下隐患。

2.1 穿煤突出风险

这是公路隧道穿越煤矿采空区最主要的问题。隧道施工的穿煤防突问题一直是隧道穿越施工的重点。在施工现场中，揭煤突出现象时有发生，如果对揭煤突出问题没有充分的准备及认识，不仅严重危害了施工企业的财产和施工人员的生命安全，而且增加工程建设费用，延长工程建设周期。

2.2 瓦斯突出风险

在煤矿采空区，虽然长期闲置及塌陷等原因，但是瓦斯含量不稳定。安全问题不容忽视，有必要通过分析地质结构等，对施工现场的瓦斯危害作必要的动态监测及预防。因此，在施工现场，对瓦斯突出危害必须是关注的一个重要问题。

2.3 采空区施工风险

在煤矿采空区，由于长期闲置，伴随着积水等，沉陷极易发生。施工地质条件复杂，这都给施工带来了很多潜在隐患及风险，主要有:

1)塌方风险。在隧道穿越采空区施工现场，由于支撑结构受力不合理，甚至极小面积的坍塌等，都会造成围岩松动甚至松动面积持续增加，又进一步造成支撑结构的负荷持续增加，造成塌方的工程风险的可能进一步加大。

2)填充物突出风险。在煤炭采空区的前期治理中，采空区可能存在着松散的填充物，如地下水，垃圾等，这些都有可能造成突水、突泥等施工安全风险。

3)结构沉降风险，特别是在多层复杂煤矿采空区内，出现这类风险概率很高。当采空区处于施工结构下方时，前期没有妥善的处理，在施工工程的持续荷载下，采空区部位有可能发生裂缝、位移甚至局部沉降，造成结构破坏，危及施工安全。

2.4 边仰坡失稳风险

由于采空区结构复杂，地质条件不稳定，还得考虑边仰坡由于结构松散导致失稳的滑塌风险。

上述是道路隧道穿越煤矿采空区时都必须考虑的几个主要风险。针对施工地点，气候条件，地质条件等因素，还得考虑结构变形风险，甚至泥石流等地质灾害风险等。

3 施工中的安全控制措施

针对煤矿采空区的安全隐患，重视并做好前期勘探工作，紧紧围绕“物、人及管理”展开，对潜在风险源进行分析，识别施工过程中的重要风险源，才能提出详尽的安全控制技术方案。在施工中的安全措施主要包括以下几方面。

3.1 加强安全防护教育

在开工前，按照施工现场实际情况，对施工人员(包括管理人员及作业人员)进行必要的安全防护培训。通过培训，使施工人员认识到，建筑行业是个高风险行业，危险无处不在。安全必须牢记心头;让施工人员学会使用安全防护设施;学习逃生路线、危险处理、现场抢救等必备知识，最大限度的提高施工人员安全防护技能。瓦斯、爆破、电气等特种设施操作人员必须持证上岗。

3.2 穿煤防突措施

严格制定穿煤防突施工工艺流程(见图3)。根据采空区的地质结构等因素，在施工前制定严格的穿煤防突施工措施，并按照流程执行。

图3 穿煤防突施工工艺流程图

3.3 瓦斯综合防治

1)加强瓦斯监测。瓦斯监测要按照“定时、定点、定工序”的原则实施(见表1)。严格执行瓦斯监测制度，施工人员配备便携式瓦斯监测仪，以便实时跟踪瓦斯含量;瓦斯专职人员要配备专门的瓦斯检测设备，对施工现场的瓦斯含量进行全面的监测。2)加强施工通风。重视施工现场通风系统管理，为防止瓦斯积聚，必须避免出现通风盲区;施工现场必须实施连续通风，临时停工地点不准停风;当瓦斯含量异常时，加强通风，同时撤出施工人员。3)杜绝一切烟火进入施工现场。必要时，在施工现场入口处设置一个烟火检查站，禁止任何人将烟火带入施工现场;洞内严格禁止吸烟;进行焊接等操作时必须在瓦斯浓度低于0.5%的通风处进行作业。

表1 “三定”原则的瓦斯监测

3.4 施工风险防范措施

1)采用强力支护，加强支护措施。为了有效防止在采空区作业过程中的煤层突出、坍塌及围岩的移动，并保证隧道的安全运营，在设计中，提高支护参数;在施工中，加强支护措施。2)超前地质预报。在施工前，针对潜在的风险进行预测，尤其是对多层复杂煤矿采空区进行综合预测，对施工过程中有可能出现的突水、突泥特别是结构沉降等施工安全风险的位置、规模等进行超前预报，以便制定相应的防护措施。

3.5 边坡卸载措施

为了有效的缓解边仰坡失稳风险，将边仰坡表面的松覆土进行清除，以增加边坡的摩擦系数，减少滑移体的自重和坡脚处的推力。

4 结语

隧道穿越采空区的安全管理是施工管理的重中之重。在施工管理中，重视前期预测，做好安全防护教育，积极做好安全应对措施，穿越多层复杂煤矿采空区实现道路隧道安全施工是完全能够实现的。

［1］百度百科：煤矿采空区.http：//baike.baidu.com/view/5264336.htm.

［2］邱李球，王彦虎.高速公路隧道通过煤矿采空区施工技术［J］.隧道建设，2008，28(5)：18-20.

［3］山西省交通厅，中交通力公路勘察设计公司.高速公路采空区(空洞)勘察设计与施工治理手册［Z］.2005.